De toename in variabele hernieuwbare energieproductie enerzijds en elektrificatie van de energiebehoefte anderzijds, leiden tot congestie van het netwerk en uitdagingen voor een goede balans tussen vraag en aanbod. Om te voorkomen dat de energietransitie vertraagt, is daarom energieopslag nodig. Er bestaan verschillende opslagtechnologieën, die verschillen in geschiktheid voor inzetbaarheid, capaciteit, schaalbaarheid, grootte, kosten en impact op het milieu. Inzicht in het gedrag van deze technologieën in het energiesysteem en de rol dat deze technologieën binnen het energiesysteem kunnen vervullen is nodig om een goede afweging te kunnen maken met betrekking tot systeemvoordelen op de lange termijn en daarmee van maatschappelijke waarde. Daarom heeft Mandy Bouwhuis een regionaal energiestroommodel ontwikkeld voor het hoogspanningsnet van de provincie Zeeland. Via uitgebreide modelanalyses heeft zij de impact van Underground Pumped Hydro Storage (UPHS) op het elektriciteitssysteem onderzocht. Na het succesvol verdedigen van haar thesis is Mandy werkzaam geworden bij Pondera Consult als Technisch Adviseur Energiesystemen. 

Wat is Underground Pumped Hydro Storage?

Underground Pumped Hydro Storage (UPHS) is een technologie voor energieopslag die gebruikmaakt van het principe van traditionele Pumped Hydro Storage (PHS) in ondergrondse toepassingen. De technologie is ontworpen om een overschot aan elektrische energie op te slaan door water van een 1500 meter diep reservoir naar een hoger gelegen reservoir te pompen. Tijdens piekmomenten in de energievraag wordt het opgeslagen water weer afgegeven door het via turbines naar beneden te laten stromen waarmee elektriciteit wordt opgewekt. Op dit moment bestaan er nog geen UPHS-systemen, maar mogelijk geschikte locaties voor implementatie zijn Zeeland en Limburg vanwege de harde rotsformaties in die gebieden. Echter is meer onderzoek nodig om de geschiktheid van de ondergrond te kunnen bepalen. In de onderstaande afbeeldingen wordt een voorbeeld gegeven van hoe een UPHS-systeem eruitziet. 

Onderzoeksresultaten

De bevindingen van het onderzoek tonen aan dat UPHS met een opslagcapaciteit van 8,4 GW een waardevolle bijdrage kan leveren aan het energiesysteem. UPHS kan een ondersteunende rol bieden aan onder andere de integratie van duurzame energie en de stabiliteit van het elektriciteitsnet, het verlagen van de totale systeemkosten op de lange termijn en heeft voordelen als het gaat om materiaalgebruik en landschappelijke inpassing ten opzichte van andere technologieën. Vanwege de hoge investeringskosten heeft de terugverdientijd een langere horizon dan momenteel gangbaar. Bovendien zorgt de huidige volatiliteit op de elektriciteitsmarkt en mogelijke veranderingen in het institutionele landschap voor extra onzekerheid. Deze factoren maken het lastig om investeerders aan te trekken, ondanks de lange levensduur (50 jaar+). De belangrijkste bevindingen van het onderzoek zijn hieronder samengevat:

• UPHS kan beperkingen van de opwekking van duurzame energie aanzienlijk verminderen, met een potentiële jaarlijkse opslag van 2,7 TWh.    
• Het oplaadgedrag van UPHS is in lijn met de belangrijkste duurzame energiebronnen, zonne-energie in de zomer en windenergie in de winter. De vermindering van koolstofuitstoot is het hoogst in de wintermaanden. 
• UPHS is minder effectief in het aanpakken van lokale stroomtekorten, wat suggereert dat kleinere opslagfaciliteiten op lagere spanningsnetten meer geschikt kunnen zijn voor dit doel.    
• Het elektriciteitssysteem zou profiteren bij het stellen van voorwaarden om opslag zoals UPHS in te zetten, omdat in marktgeoriënteerde scenario’s zowel de hoeveelheid stroomimport als -export kan toenemen, terwijl het aantal exporturen wordt verminderd. Dit impliceert dat het elektriciteitsnet op deze manier, zonder voorwaarden, niet wordt ontlast.
• In een puur marktgeoriënteerd scenario vereist UPHS een prijsverschil van ongeveer 70 euro per MWh tussen het kopen en verkopen van stroom voor een rendement op investering van 20 jaar. Wanneer echter rekening wordt gehouden met voordelen voor het hele systeem, zoals minder noodzaak tot hernieuwbare afschakelen en verminderde koolstofemissies, wordt de terugverdientijd teruggebracht tot 10 jaar. 

Datagedreven services en geavanceerde modellering 

Pondera biedt uitgebreide expertise in duurzame energie en systeemintegratie, waaronder advies op het gebied van engineering, verdienmodellen, beleid, vergunningen en contracten voor complexe uitdagingen op het gebied van duurzame energie. Met onze geavanceerde modelbenadering, zoals aangetoond door Mandy's onderzoek, kunnen we complete energiesystemen optimaliseren zoals stroom, warmte, waterstof en ammoniakstromen, marktmechanismen en milieueffecten analyseren en technologieën evalueren vanuit een integraal perspectief. We ontwikkelen maatwerk oplossingen die zijn gericht op jouw specifieke eisen, waarbij we het detailniveau en de schaal aanpassen. Onze diensten omvatten de optimalisatie van energiesystemen, technologische en economische haalbaarheidsstudies, strategische adviesdiensten, ondersteuning bij besluitvorming en analyse van de effectiviteit van beleidsinterventies. Het onderdeel scenarioanalyse van onze methode bestrijkt een breed spectrum van mogelijke uitkomsten en biedt een uitgebreid beeld van de mogelijkheden. Onze aanpak stelt onze klanten in staat om te navigeren door de complexiteit van het landschap van duurzame energie. 

Neem contact met ons op om te bespreken hoe wij jouw initiatieven op het gebied van duurzame energie vooruit kunnen helpen.    

Dit onderzoek is vanuit de TU Delft begeleid door Aad Correljé en Pieter Bots, en binnen Pondera Consult door Martijn ten Klooster en Nienke Firet.